锂硫电池被认为是极具发展前景的下一代电池体系，并成为高比能储能器件领域的前沿研究热点。但由于硫的电导率低、充放电中间产物多硫化物易溶于电解液，充放电时体积变化较大，锂硫电池正极面临着活性物质利用率低、循环稳定性差、库仑效率低等问题，严重制约了其大规模商业化应用。

最近，实验室硕士研究生余志升等受课题组前期在分级多孔碳纳米片、花型碳纳米球设计合成及在锂硫电池应用基础研究工作(Adv. Energy Mater.2014, 4, 1301988、J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 6245)的启发，创新提出一种中空碳球内部结构调控策略，设计合成了具有径向向内对齐的倒刺结构中空氮掺杂碳小球，作为硫主体表现出高的容量和出色的循环稳定性。通过碳球内部硫分布表征、锂离子扩散系数测定、多硫离子吸附试验、循环前后硫正极结构变化、循环后锂负极枝晶形成剖析，揭示其固硫机制，阐明性能提升原因为碳球内部碳刺可有效分散绝缘硫和硫化锂、刺刺之间空隙和空心结构有效缓冲硫体积变化造成应变、氮原子掺杂碳层高效抑制多硫离子流失。此外，该新型结构的碳球有望拓展到其它储能体系如钠磷、钾磷、硅基电池中应用。相关结果于近期发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6406. (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201914972) 上。

第一作者余志升为化材学院2017级化学专业硕士研究生，研究方向为微纳结构材料物理化学，该工作在导师陈锡安副教授指导下完成。

图 新型结构碳球合成过程、微观结构及在锂硫电池中的应用